QuantumATK:新一代材料与器件模拟平台

对材料和器件进行原子级建模和模拟的通用解决方案

多种计算方法,快速可靠代码

  • 密度泛函理论可以直接计算数千原子体系,同时支持平面波和原子轨道基组,支持模守恒赝势和 PAW 势;半经验与经验参数方法可以快速计算更大体系
  • 全自动机器学习力场框架直接结合第一原理和力场的分子动力学计算,支持主动学习

高级图形界面,完整开发平台

  • 图形界面环境直接完成建模、计算、分析、绘图全模拟流程
  • Python开发平台与丰富的科学计算与作图框架,支持自定义扩展功能
 

全球领先的器件电子输运模拟

  • 在原子水平上模拟异质结构、晶体管等器件的电输运、热输运、非弹性电流,光电流
  • 直接得到伏安特性、转移特性和器件关键性质等

完善丰富的材料模型与性质计算工具

  • 丰富的模型支持晶体、分子、合金、半导体、聚合物、无定形材料、表界面的模拟
  • 各种材料结构的电子、结构、声子、热学、光学、力学、化学等丰富的物理性质
 

QuantumATK 的应用领域

广泛用于半导体、电池、化学、催化、聚合物、信息存储等领域的基础研究和工业研发中

QuantumATK 的基础模拟环境

集成化、用户友好、功能丰富的图形用户界面(NanoLab),图形化操作与编程开发都游刃有余
  • 材料数据库:海量材料结构与性质数据库,直接在线检索并下载材料结构和性质
  • 高级建模工具:智能化操作方式,构建晶体、分子、表面、界面等多种模型,快捷构建晶界、无定形、合金、掺杂、缺陷、吸附、化学反应、器件等多种复杂模型
  • 数据分析与作图:快速数据处理,输出专业质量图像,支持图形化操作与编程
  • 脚本与作业管理:图形化设置生成计算脚本,支持模板与定制化脚本,灵活提交计算到远程服务器,支持所有常见的大型集群的管理系统
  • 计算自动化:自动化计算流程和结果汇总,支持图形化操作与编程
  • 高级图形显示:高质量三维图形渲染,可以顺滑渲染数百万原子模型
  • 编程开发环境:Python 3.8 编程开发环境,使用所有科学计算和材料学模块
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QuantumATK 的材料性质分析工具

面向应用与实践,直接计算材料和器件的性能,高效的数据汇总、分析、作图工具,快速得到有价值的结果

基本电子态

分析材料的能带、态密度、电荷、电势等,支持高级的自定义的投影和分解工具
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光学与光谱性质

分析材料的紫外可见、红外、太赫兹、拉曼、核磁、STM图像和电流等
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载流子与导电性

计算载流子有效质量、迁移率等输运性质,模拟体系的电导率(电阻率)、热电等
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器件特性

分析双电极、多电极器件的伏安特性,得到开关比、亚阈值斜率等重要指标
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自旋磁性

计算材料的磁矩、磁各向异性能、自旋寿命、交换刚度、居里温度、Gilbert Damping张量、自旋电流、STT、隧穿磁电阻
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结构变化动力学

使用分子动力学、过渡态搜索、adaptive kinetic Monte Carlo、force-biased Monte Carlo 方法研究扩散和化学等动力学过程
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聚合物性质

完整的聚合物模拟框架可以使用力场与DFT的分子动力学研究聚合物体系的力学、热-力学、光学等性质
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Sentaurus Materials Workbench

研究重要的半导体材料基础性质、缺陷性质、界面性质和沉积、刻蚀等表面工艺过程等
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QuantumATK 的计算方法模块

模块化、集成化、多模型、多功能、多方法、多尺度、高精度、速度快

DFT-LCAO

原子轨道基组的密度泛函方法,具有精度高、速度快的特点,可以用于数千原子体系的计算
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DFT-Planewave

平面波基组的密度泛函方法,支持 PAW 势和模守恒赝势,特别适合中小体系的高精度计算
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SemiEmpirical

DFTB、Extended Huckel 等半经验的量子力学方法,能快速计算包含数以万计原子体系的电子态和能量
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ForceField

力场方法基于经验势甚至机器学习势进行能量和力的计算,可以对于包含数百万原子体系进行快速的动力学模拟
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机器学习力场

使用第一原理计算对机器学习MTP力场进行训练,包含完整的训练、验证和分子动力学框架,支持主动学习
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NEGF

非平衡态格林函数方法,与 DFT、DFTB 等方法结合,可以更好的模拟带有半无限电极的器件、界面、表面体系的各种性质
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NanoLab Links

图形界面还支持 VASP、Quantum Espresso、ORCA、LAMMPS等第三方计算代码的输入文件创建和结果分析
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应用案例

来自Synopsys的内容

英文官方网站

QuantumATK英文网站

技术资料全集

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